電動車在環(huán)保、健康、經(jīng)濟(jì)性等諸多方面都具有優(yōu)勢，但如果未得到妥善管理，它們反而會給建筑業(yè)主帶來高昂的電費(fèi)成本。
針對電動車在辦公場所充電的場景深入研究分析后發(fā)現(xiàn)，在未經(jīng)管理的情況下，電動車可能會帶來45%~89%的用電成本增加。而在管理得當(dāng)?shù)那闆r下——例如給充電樁安上獨(dú)立電表，并將其信息與大樓的管理系統(tǒng)同步加以管理——業(yè)主們就可以既控制住電費(fèi)，又保留廣受歡迎的充電便利設(shè)施，同時還能支持加速電動車的應(yīng)用和節(jié)能減排。這也將成為未來電網(wǎng)和建筑互通互聯(lián)運(yùn)作模式的一個重要組成部分。
商業(yè)建筑用電賬單分析
在美國，商業(yè)建筑用電賬單由兩部分組成：一是以千瓦時計算的總用電量，二是以千瓦計算的需量電費(fèi)。圖1中建筑在一天內(nèi)的用電負(fù)荷分布展示了二者的區(qū)別。
總用電量考慮的是一整段計費(fèi)時間內(nèi)的能源消耗總量，也就是圖中曲線下面部分的總面積。與之相對的，建筑的用電需量卻在每時每刻發(fā)生著變化。某個月的需量電費(fèi)常常是根據(jù)建筑用電量最大的15或30分鐘之中的用電量來計算，其影響可能達(dá)到當(dāng)月用電總成本的50%以上。
圖4展示了科羅拉多州博爾德市一座高能效商業(yè)建筑每月電費(fèi)賬單的構(gòu)成。在一些月份里，需量電費(fèi)高達(dá)賬單總額的近80%。雖然提高能效可以降低總用電量，但短時間內(nèi)的用電需量激增卻依然會極大地增加成本。
值得注意的是，電動車與其他用電設(shè)備最大的區(qū)別在于它的需求負(fù)荷更高，且充電需求發(fā)生的時間非常不規(guī)律。例如，一臺電動車充電樁的峰值需求就相當(dāng)于一整棟住房的峰值需求總量，而且無論何時只要一插入電動車用電負(fù)荷就會立刻飆升，這就有可能產(chǎn)生大量用電成本。正因為需量電費(fèi)是用電成本的主要部分，分析了如何減少電動車充電帶來的的高額需量電費(fèi)才顯得至關(guān)重要。
電動車充電挑戰(zhàn)
很多時候建筑中的充電樁并未配有專門的電表，這一方面是因為人們沒有意識到電表的重要性，另一方面是因為安裝起來格外復(fù)雜。它們大多與建筑的整體供電系統(tǒng)捆綁在一起，所以建筑業(yè)主常常需要承擔(dān)全額的需量電費(fèi)，而不會將其轉(zhuǎn)移到電動車用戶。因此在建筑中充電的成本（業(yè)主承擔(dān)）和充滿電所獲取收益（電動汽車用戶獲?。┑睦嬷黧w產(chǎn)生了差異。
同時，工作場所中的人們常常選擇在上午進(jìn)行充電，此時建筑也正好處在供電壓力逐漸增加的狀態(tài)。由于大多數(shù)建筑物選擇用電力供暖，上午時段的用電負(fù)荷就更加沉重和集中，也給電網(wǎng)帶來更大的挑戰(zhàn)。而在下午特別炎熱的日子里，建筑還可能在上午提前啟動制冷。當(dāng)所有這些用電負(fù)荷疊加在一起時，電力公司面對的可能就不再是晚間用電高峰，而是早間用電高峰，甚至是早晚雙峰的局面。這些峰值需求的大幅上升會增加對發(fā)電、輸電和配電基礎(chǔ)設(shè)施的需求，進(jìn)而增加所有電力用戶的碳足跡與用電成本。
為電動車的大規(guī)模推廣應(yīng)用提前做好規(guī)劃
在美國，許多城市和村鎮(zhèn)都制定了相關(guān)建筑規(guī)范，要求建筑保有一定數(shù)量的電動車充電設(shè)施，其中包括電動車充電預(yù)備兼容設(shè)施（已預(yù)置線管但未安裝線路/插座）和電動車充電設(shè)備（EVSE，已完全安裝并可以運(yùn)行的充電樁）。國際建筑規(guī)范（IBC）和國際節(jié)能規(guī)范（IECC）等標(biāo)準(zhǔn)建筑規(guī)范組織也都制定了電動車相關(guān)方面的規(guī)范。這些規(guī)范要求電動車停車位必須達(dá)到停車位總數(shù)的一定比例，從2%到90%不等。例如，科羅拉多州博爾德市采用的IBC2017年規(guī)范就要求商業(yè)建筑中必須有10%的停車位具備電動車充電預(yù)備兼容設(shè)施。建筑業(yè)主應(yīng)提前為這些規(guī)范上的變化做好準(zhǔn)備以防止用電成本的激增。
電動車充電負(fù)荷和需量電費(fèi)
通過分析科羅拉多州丹佛市一座建筑面積為10萬平方英尺（約9290平方米）的建筑用電負(fù)荷分布，我們認(rèn)為在標(biāo)準(zhǔn)辦公/通勤時間模式下，當(dāng)電動車的數(shù)量超過56輛，充電負(fù)荷就將會超過建筑本身的峰值需求，進(jìn)而觸發(fā)需量電費(fèi)。由于電動車充電與建筑用電高峰（包括供熱、制冷、插座負(fù)荷等）同時發(fā)生，新的建筑用電需求或總用電需求將會增加44%，達(dá)到454千瓦，每年增加4600美元的額外成本。
在此基礎(chǔ)上推算，我們就可以確定要將建筑負(fù)荷保持在峰值需求以內(nèi)，各種不同面積的建筑可支持的最大電動車數(shù)量（圖5），并以此幫助建筑業(yè)主利用簡單的策略避免額外的電費(fèi)。
電動車負(fù)荷管理策略
基于分析，我們建議建筑業(yè)主們可以使用下列三種策略來避免建筑用電需求的增加以及隨之而來的需量電費(fèi)。
首先是獨(dú)立電表計量。建筑業(yè)主至少應(yīng)該為電動車充電樁安裝單獨(dú)的電表，從而了解電動車用電量及其充電成本，并與電動車駕駛員分享這些信息。監(jiān)控電動車充電可以讓用電量和用電成本更透明，在實現(xiàn)能效目標(biāo)的同時讓環(huán)保與財務(wù)管理實現(xiàn)雙贏。
在充電管理方面，充電管理系統(tǒng)使電力公司或第三方能夠遠(yuǎn)程控制電動車充電，通過將充電功率調(diào)大、調(diào)小甚至關(guān)閉來更好地應(yīng)對電網(wǎng)的需要。這種能力可以轉(zhuǎn)移用電時間，進(jìn)而最小化用電需求強(qiáng)度，并通過更低、更平緩、更靈活的用電負(fù)荷模式來享受更低的電價方案。建筑業(yè)主可以安裝智能充電樁來管理電動車充電，根據(jù)電網(wǎng)信號、碳排放信號或成本信號，或根據(jù)符合電力公司定價結(jié)構(gòu)的預(yù)置計劃來調(diào)節(jié)電動車充電行為。智能充電樁可以通過預(yù)先編程，或者通過接收電網(wǎng)信號來避免在峰值時段充電。充電管理可以將整個充電過程分?jǐn)傆谳^長的時間段內(nèi)，從而降低峰值需求強(qiáng)度。這不僅可以為建筑業(yè)主減少需量電費(fèi)，在靈活利用低碳電力和降低電網(wǎng)負(fù)荷等方面也能夠發(fā)揮非常大的作用。
最后一點，我們需要將充電樁與建筑管理系統(tǒng)同步。充電樁應(yīng)與建筑管理系統(tǒng)同步，進(jìn)而管理建筑的峰值需求強(qiáng)度（確保電動車不在建筑制冷高峰時刻充電）。這需要在建筑和電動車充電樁之間實現(xiàn)動態(tài)通信。這種通信可以根據(jù)建筑本身的負(fù)荷分布調(diào)整建筑與充電負(fù)荷，從而降低整體峰值需求。例如，電動車應(yīng)在光伏系統(tǒng)發(fā)電的時段進(jìn)行充電。動態(tài)通信機(jī)制對于同步管理十分重要，因為它不僅可以降低建筑業(yè)主的需量電費(fèi)，還可以優(yōu)化電力消耗，以達(dá)到兼顧電網(wǎng)服務(wù)、用戶需求、業(yè)主偏好、低碳減排、成本縮減的目的。
為實現(xiàn)清潔能源未來，電動車數(shù)量的增長是令人欣喜且必要的。但在提高電動車用量的同時，不應(yīng)當(dāng)給電網(wǎng)帶來更多壓力或給建筑業(yè)主帶來額外成本。幸運(yùn)的是，通過一些簡單的方法，我們可以在提供電動車充電服務(wù)的同時，更好地管理我們的建筑用電負(fù)荷。
（作者：Angelique Fathy，Cara Carmichael ）
